La perforación direccional (o perforación inclinada ) es la práctica de perforar orificios no verticales . Se puede dividir en cuatro grupos principales: perforación direccional de yacimientos petrolíferos , perforación direccional de instalaciones de servicios públicos, perforación direccional (perforación direccional horizontal - HDD) y superficie en veta (SIS), que intersecta horizontalmente un objetivo de perforación vertical para extraer metano de lecho de carbón .
Muchos requisitos previos permitieron que este conjunto de tecnologías se volviera productivo. Probablemente, el primer requisito fue darse cuenta de que los pozos de petróleo o de agua no necesariamente tienen que ser verticales. Esta comprensión fue bastante lenta y realmente no captó la atención de la industria petrolera hasta finales de la década de 1920, cuando hubo varias demandas que alegaban que los pozos perforados desde una plataforma en una propiedad habían cruzado el límite y estaban penetrando un yacimiento en una propiedad adyacente. [ cita necesaria ] Inicialmente, se aceptó evidencia indirecta, como cambios en la producción en otros pozos, pero tales casos impulsaron el desarrollo de herramientas de pequeño diámetro capaces de inspeccionar los pozos durante la perforación. Los equipos de perforación horizontal direccional se están desarrollando hacia la microminiaturización a gran escala, la automatización mecánica, el trabajo de estratos duros y la perforación monitorizada orientada a exceder la longitud y la profundidad. [1]
Medir la inclinación de un pozo (su desviación de la vertical) es comparativamente sencillo y sólo requiere un péndulo. Sin embargo, medir el acimut (dirección con respecto a la cuadrícula geográfica en la que se extendía el pozo desde la vertical) fue más difícil. En determinadas circunstancias, se podrían utilizar campos magnéticos, pero estarían influenciados por la estructura metálica utilizada dentro de los pozos, así como por la estructura metálica utilizada en los equipos de perforación. El siguiente avance fue en la modificación de pequeñas brújulas giroscópicas por parte de Sperry Corporation , que fabricaba brújulas similares para la navegación aeronáutica. Sperry hizo esto bajo contrato con Sun Oil (que estuvo involucrada en una demanda como se describe anteriormente), y se formó una empresa derivada " Sperry Sun ", cuya marca continúa hasta el día de hoy, [ ¿cuándo? ] [ se necesita aclaración ] absorbido por Halliburton . Se miden tres componentes en cualquier punto dado de un pozo para determinar su posición: la profundidad del punto a lo largo del recorrido del pozo (profundidad medida), la inclinación en el punto y el acimut magnético en el punto. Estos tres componentes combinados se denominan "encuesta". Se necesita una serie de estudios consecutivos para rastrear el progreso y la ubicación de un pozo.
La experiencia previa con la perforación rotativa había establecido varios principios para la configuración del equipo de perforación en el fondo del pozo ("conjunto de fondo del pozo" o "BHA") que sería propenso a "perforar un agujero torcido" (es decir, las desviaciones accidentales iniciales de la vertical aumentarían ). La contraexperiencia también había proporcionado a los primeros perforadores direccionales ("DD") principios de diseño de BHA y prácticas de perforación que ayudarían a acercar un agujero torcido a la vertical. [ cita necesaria ]
En 1934, H. John Eastman y Roman W. Hines de Long Beach, California , se convirtieron en pioneros de la perforación direccional cuando ellos y George Failing de Enid, Oklahoma , salvaron el campo petrolífero de Conroe, Texas . Falling había patentado recientemente un camión perforador portátil. Había fundado su empresa en 1931, cuando conectó una plataforma de perforación a un camión y un conjunto de toma de fuerza. La innovación permitió la rápida perforación de una serie de pozos inclinados. Esta capacidad de perforar rápidamente múltiples pozos de alivio y aliviar la enorme presión del gas fue fundamental para extinguir el incendio de Conroe. [2] En un artículo del Popular Science Monthly de mayo de 1934 , se afirmaba que "Sólo un puñado de hombres en el mundo tienen el extraño poder de hacer una broca, que gira a una milla bajo tierra en el extremo de una tubería de perforación de acero, serpentea en una curva o alrededor de un ángulo de pata de perro, para alcanzar el objetivo deseado". Eastman Whipstock, Inc., se convertiría en la empresa direccional más grande del mundo en 1973. [ cita necesaria ]
Combinados, estas herramientas topográficas y los diseños de BHA hicieron posible la perforación direccional, pero se percibió como arcana. El siguiente gran avance se produjo en la década de 1970, cuando los motores de perforación de fondo de pozo (también conocidos como motores de lodo , impulsados por la potencia hidráulica del lodo de perforación que circulaba por la sarta de perforación) se volvieron comunes. Esto permitió que la broca continuara girando en la cara de corte en el fondo del pozo, mientras que la mayor parte de la tubería de perforación se mantenía estacionaria. Un trozo de tubería doblada (un "sub doblado") entre la tubería de perforación estacionaria y la parte superior del motor permitió cambiar la dirección del pozo sin necesidad de sacar toda la tubería de perforación y colocar otra látigo. Junto con el desarrollo de herramientas de medición durante la perforación (utilizando telemetría de pulso de lodo , tuberías conectadas en red o cableadas o telemetría de electromagnetismo (EM), que permite que las herramientas en el fondo del pozo envíen datos direccionales a la superficie sin perturbar las operaciones de perforación), la perforación direccional se volvió más fácil.
Ciertos perfiles no se pueden perforar fácilmente mientras la tubería de perforación está girando. La perforación direccional con un motor de fondo de pozo requiere detener ocasionalmente la rotación de la tubería de perforación y "deslizar" la tubería a través del canal a medida que el motor corta una trayectoria curva. El "deslizamiento" puede ser difícil en algunas formaciones y casi siempre es más lento y, por lo tanto, más costoso que perforar mientras la tubería está girando, por lo que es deseable tener la capacidad de dirigir la broca mientras la tubería de perforación está girando. Varias empresas han desarrollado herramientas que permiten el control direccional durante la rotación. Estas herramientas se conocen como sistemas rotativos direccionales (RSS). La tecnología RSS ha hecho posible el acceso y el control direccional en formaciones que antes eran inaccesibles o incontrolables.
Los pozos se perforan direccionalmente para varios propósitos:
A la mayoría de los perforadores direccionales se les asigna un camino de pozo azul a seguir, predeterminado por ingenieros y geólogos antes de que comience la perforación. Cuando el perforador direccional comienza el proceso de perforación, se realizan estudios periódicos con un instrumento de fondo de pozo para proporcionar datos de estudio (inclinación y azimut) del pozo. [3] Estas fotografías generalmente se toman a intervalos de entre 10 y 150 metros (30 a 500 pies), siendo comunes 30 metros (90 pies) durante cambios activos de ángulo o dirección, y distancias de 60 a 100 metros (200 a 300 pies). ) siendo típico mientras se "perfora hacia adelante" (sin realizar cambios activos en el ángulo y la dirección). Durante los cambios críticos de ángulo y dirección, especialmente cuando se utiliza un motor de fondo de pozo, se agregará una herramienta de medición durante la perforación (MWD) a la sarta de perforación para proporcionar mediciones continuamente actualizadas que pueden usarse para ajustes (casi) en tiempo real.
Estos datos indican si el pozo sigue la ruta planificada y si la orientación del conjunto de perforación está provocando que el pozo se desvíe según lo planificado. Las correcciones se realizan regularmente mediante técnicas tan simples como ajustar la velocidad de rotación o el peso de la sarta de perforación (peso en el fondo) y la rigidez, así como métodos más complicados y que requieren mucho tiempo, como la introducción de un motor de fondo de pozo. Estas imágenes, o estudios, se trazan y mantienen como un registro legal y de ingeniería que describe la trayectoria del pozo. Las fotografías de estudio tomadas durante la perforación generalmente se confirman mediante un estudio posterior en todo el pozo, generalmente utilizando un dispositivo de "cámara de disparo múltiple".
La cámara de disparo múltiple avanza la película a intervalos de tiempo de modo que al dejar caer el instrumento de la cámara en una carcasa tubular sellada dentro de la sarta de perforación (hasta justo encima de la broca de perforación) y luego retirar la sarta de perforación a intervalos de tiempo, el pozo puede ser completamente inspeccionados a intervalos de profundidad regulares (lo común es aproximadamente cada 30 metros (90 pies), la longitud típica de 2 o 3 uniones de tubería de perforación, conocida como soporte, ya que la mayoría de las plataformas de perforación "retroceden" la tubería retirada del pozo en dichos incrementos, conocidos como "stands").
La perforación hacia objetivos alejados lateralmente de la ubicación en la superficie requiere una planificación y un diseño cuidadosos. Los poseedores del récord actual gestionan pozos a más de 10 km (6,2 millas) de distancia de la ubicación de la superficie a una profundidad vertical verdadera (TVD) de sólo 1.600 a 2.600 m (5.200 a 8.500 pies). [4]
Esta forma de perforación también puede reducir el costo ambiental y la cicatrización del paisaje. Hasta ahora era necesario eliminar de la superficie grandes extensiones de paisaje. Esto ya no es necesario con la perforación direccional.
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Hasta la llegada de los modernos motores de fondo de pozo y mejores herramientas para medir la inclinación y el acimut del pozo, la perforación direccional y la perforación horizontal eran mucho más lentas que la perforación vertical debido a la necesidad de detenerse periódicamente y realizar estudios que requerían mucho tiempo, y debido a un progreso más lento en perforación propiamente dicha (menor tasa de penetración). Estas desventajas se han reducido con el tiempo a medida que los motores de fondo de pozo se volvieron más eficientes y se hizo posible el levantamiento semicontinuo.
Lo que queda es una diferencia en los costes operativos: en los pozos con una inclinación inferior a 40 grados, las herramientas para realizar ajustes o trabajos de reparación se pueden bajar por gravedad mediante un cable al interior del pozo. Para inclinaciones más altas, se debe movilizar equipo más costoso para empujar las herramientas hacia el interior del pozo.
Otra desventaja de los pozos con una gran inclinación era que la prevención de la entrada de arena al pozo era menos confiable y requería un mayor esfuerzo. Nuevamente, esta desventaja ha disminuido de tal manera que, siempre que se planifique adecuadamente el control de arena, es posible llevarlo a cabo de manera confiable.
En 1990, Irak acusó a Kuwait de robar petróleo iraquí mediante perforaciones inclinadas. [5] Las Naciones Unidas volvieron a trazar la frontera después de la Guerra del Golfo de 1991 , que puso fin a la ocupación iraquí de Kuwait que duró siete meses . Como parte de la reconstrucción, se colocaron 11 nuevos pozos de petróleo entre los 600 existentes. Algunas granjas y una antigua base naval que solía estar en el lado iraquí pasaron a formar parte de Kuwait. [6]
A mediados del siglo XX, se produjo un escándalo de perforación inclinada en el enorme yacimiento petrolífero del este de Texas . [7]
Entre 1985 y 1993, el Laboratorio de Ingeniería Civil Naval (NCEL) (ahora Centro de Servicios de Ingeniería de Instalaciones Navales (NFESC)) de Port Hueneme, California, desarrolló tecnologías de perforación horizontal controlable. [8] Estas tecnologías son capaces de alcanzar entre 3000 y 4500 m ( 10 000 a 15 000 pies ) y pueden alcanzar 7500 m (25 000 pies ) cuando se utilizan en condiciones favorables. [9]
Herramientas especializadas determinan la desviación del pozo con respecto a la vertical (inclinación) y su orientación direccional (acimut). Estos datos son vitales para los ajustes de trayectoria. Estos estudios se realizan a intervalos regulares (por ejemplo, cada 30 a 100 metros) para seguir el progreso del pozo en tiempo real. En secciones críticas, las herramientas de medición durante la perforación (MWD) proporcionan mediciones continuas en el fondo del pozo para correcciones direccionales inmediatas según sea necesario. MWD utiliza giroscopios, magnetómetros y acelerómetros para determinar la inclinación y el acimut del pozo mientras se realiza la perforación.
